Jak twój układ odpornościowy wykorzystuje chaos do zapobiegania chorobom
Nowe badanie, pojawiające się w czasopiśmie Nature Communications, ujawnia nowy mechanizm odgrywający rolę w funkcjonowaniu komórek. Chaotyczne wahania stężeń białek pomagają utrzymać czujność i funkcjonalność naszego układu odpornościowego, zapobiegając chorobom przewlekłym, takim jak rak i cukrzyca.
Współczesne badania ujawniły wiele wadliwych mechanizmów odgrywających rolę w raku, ale nauka ma jeszcze wiele do odkrycia.
Na poziomie komórkowym niektóre z tych mechanizmów obracają się wokół tego, co eksperci medyczni nazywają ścieżkami sygnalizacyjnymi. Szlaki sygnalizacji komórkowej regulują wzrost, przeżycie i proliferację komórek.
W przypadku raka niektóre białka sygnalizacyjne są nadpobudliwe, co prowadzi do wzrostu i proliferacji komórek nowotworowych, podczas gdy inne - które normalnie działają jako supresory guza - nie działają prawidłowo.
Zrozumienie dynamiki zachodzącej w komórkach jest zatem kluczem do zapobiegania i przezwyciężania raka i wielu innych chorób przewlekłych.
Nowe badania mogły otworzyć nowy grunt pod tym względem, ponieważ trzech naukowców odkryło nowy mechanizm regulacji komórki: chaos.
Doktorant Mathias Heltberg i profesor Mogens Høgh Jensen - obaj z Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie w Kopenhadze w Danii, wraz z Sandeep Krishna z Narodowego Centrum Nauk Biologicznych w Bangalore w Indiach, postanowili zbadać, w jaki sposób określone białko stymuluje gen czynność.
Naukowcy odkryli, że odpowiedzią jest chaotyczna dynamika. Badane przez nich białko to czynnik jądrowy-κB (NF-kB).
NF-kB jest kluczem do utrzymania czujności i funkcjonalności układu odpornościowego organizmu. Odkrycia mogą więc pomóc powstrzymać coś więcej niż tylko raka: cukrzyca i choroba Alzheimera również mogą być celem, jeśli naukowcy lepiej zrozumieją, jak działają naturalne mechanizmy obronne organizmu.
Chaos jest niezbędny dla odpowiedzi immunologicznej
NF-kB jest czynnikiem transkrypcyjnym, który ma kluczowe znaczenie zarówno dla „wrodzonych, jak i nabytych funkcji odpornościowych”, a także pośredniczy w odpowiedziach zapalnych. W rezultacie jego poziom w organizmie zmienia się w czasie, wpływając na funkcje genów i komórek.
Ostatnie badania wykazały, że sygnalizacja NF-kB odgrywa również kluczową rolę w raku, zapewniając związek między rozwojem raka a stanem zapalnym.
W bieżących badaniach prof. Jensen i jego koledzy wykorzystali obliczenia matematyczne i eksperymenty laboratoryjne, aby wykazać, że chaotyczne wzrosty i spadki stężeń NF-kB aktywują geny, które w przeciwnym razie pozostawałyby ciche.
Badanie wykazało, że białko NF-kB musi znajdować się w stanie chaosu, aby aktywować odpowiednie geny umożliwiające optymalną odpowiedź immunologiczną.
Do tej pory badacze uważali, że wszystkie żywe organizmy unikają chaotycznej dynamiki. Jednak nowe badanie podważa to przekonanie, ponieważ naukowcy pokazują, że chaotyczne wahania stężeń białek mają kluczowe znaczenie dla aktywacji kluczowych genów.
„Chaos to dobrze zdefiniowana matematycznie dynamika, która na przykład była wcześniej wykorzystywana do wyjaśniania wielkich zmian w systemach pogodowych” - wyjaśnia prof. Jensen.
„Biorąc pod uwagę ogromną złożoność, która charakteryzuje istoty żyjące wyższego rzędu, jest oczywiste, że chaotyczna dynamika będzie występować w różnych typach systemów. Ale to, jak chaos odgrywa decydującą rolę w żywych komórkach, jest zupełnie nowe ”- dodaje badacz.
Implikacje dla cukrzycy, raka, choroby Alzheimera
Naukowcy zwracają również uwagę na terapeutyczne implikacje wyników. Heltberg, współautor badania, twierdzi, że nowe leki mogą „zapewnić prawidłowe funkcjonowanie białek”.
„Terapie mogą również obejmować pobieranie i testowanie komórek z organizmu, aby ocenić, czy komórki są w odpowiednim stanie, aby mieć prawidłowe wahania” - kontynuuje Heltberg.
„Jeśli tak nie jest, możliwe jest przewidzenie i wykrycie chorób, zanim się pojawią”.
Prof. Jensen zgadza się:
„Wyniki mogą mieć ogromny wpływ na naszą wiedzę na temat funkcjonowania układu odpornościowego i sposobów uniknięcia niektórych z najpoważniejszych chorób, w tym cukrzycy, raka i choroby Alzheimera”.
Prof. Mogens Høgh Jensen
